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高温PST钛铝单晶将发动机承温能力提高了150~250℃以上

时间:2016-07-12 20:44 来源:环球网 作者:中国3D打印网 阅读:
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      载人航天工程、隐形战斗机试飞、大型运输机列装,使中国当之无愧地跻身航空航天大国之列。而这一次发动机叶片承温性能的提升,让我们在航空航天领域有了傲视群雄的资本。

发动机是航空航天装备的心脏,而叶片又是发动机的核心。叶片的承温能力直接决定着发动机的性能。承温能力每提高25~30℃,就算是新一代技术,而这一次,我们足足将承温能力提高了150~250℃以上!

这项技术就是陈光教授团队发明的TiAl单晶合金,全名叫做高温PST钛铝单晶( Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications)。

    南京理工大学材料评价与设计教育部工程研究中心陈光教授团队在国家973计划等资助下,经长期研究,在新型航空航天材料钛铝合金方面取得重大跨越性突破。相关成果Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications(高温PST钛铝单晶)于2016年6月20日在线发表于Nature Materials(《自然材料》)。

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中国WS10系列发动机

     航空航天技术是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机被誉为飞机的心脏,叶片则是航空发动机中最关键的核心部件,其承温能力直接决定着发动机的性能,尤其是推重比。

      为缩短我国与欧美发达国家的差距,国家已将航空发动机和燃气轮机列为“重大科技项目”,并于2016年3月正式成立了“中国航空发动机集团有限公司”。

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FWS 10航空发动机

     美国GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下简称4822)合金替代原来的镍基高温合金制造了GEnx发动机最后两级低压涡轮叶片,使单台发动机减重约200磅,节油20%,氮化物(NOx)排放量减少80%,噪音显著降低,用于波音787飞机,2007年试飞成功,2009年正式投入商业运营,成为当时航空与材料领域轰动性的进展。

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通用GEnx发动机

陈光教授团队的研究成果在材料性能上实现了新的大幅度跨越,所制备的PST TiAl单晶室温拉伸塑性和屈服强度分别高达6.9%和708MPa,抗拉强度高达978MPa,实现了高强高塑的优异结合。更为重要的是,该合金在900℃时的拉伸屈服强度为637MPa,并具有优异的抗蠕变性能,其最小蠕变速率和持久寿命均优于已经成功应用于GEnx发动机的4822合金1~2个数量级,有望将目前TiAl合金的使用温度从650~750℃提高到900℃以上。

北京航空材料研究院曹春晓院士指出:“通常,镍基单晶高温合金的承温能力每提高25~30℃,即为一代新合金。陈光教授团队发明的TiAl单晶合金,一下将承温能力提高了150~250℃以上,是重大突破,属引领性成果。”

曹春晓院士认为,这项关键材料技术诞生于我国,是我们国家和民族的骄傲与自豪,不仅对我国的航空航天事业的发展具有重大价值,有助于中国飞机有一颗更强的‘中国心’,也必将对维护世界和平、促进社会发展起到积极作用。”

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美国F119系列发动机测试照片

科技部先进结构与复合材料主题专家组组长、北京航空材料研究院副总工程师张国庆研究员指出:“陈光教授团队研究成功的‘PST高温TiAl合金单晶’大幅度提高了高温性能,显著改善了材料塑性,对于新型轻质高温结构材料的发展和应用具有非常重要的意义”。

长期从事高温结构材料研究的中国科学院金属研究所袁超研究员认为,这一成果具有重大理论意义和重大工程意义,并指出:“该成果是中国原创,绝对世界领先。建议国家加大支持力度,尽快完成该合金全面性能测试,真正应用于我国航空发动机的叶片制造”。

(责任编辑:中国3D打印网)

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